Question

11．元素X、Y、Z、W、R为前四周期元素，且原子序数依次增大．已知：X原子核外s轨道电子数是p轨道电子数的2倍；Z原子L电子层上有2对成对电子；W原子核外电子占有9个轨道，而且有1个未成对电子；R为过渡金属，R⁺核外有3个电子层且各层均处于全满状态．请回答下列问题：
（1）W基态原子的价电子排布图为，R基态原子的外围电子排布式为3d¹⁰4s¹．
（2）元素X、Y、Z的第一电离能由小到大的顺序为（用元素符号表示）C＜O＜N．
（3）由上述元素形成的与BF₃互为等电子体的阴离子的化学式为NO₃^-、CO₃^2-，其中心原子的杂化方式为sp²杂化．
（4）过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色，与其d轨道电子排布有关．一般而言，为d⁰或d¹⁰排布时，无色；为d¹～d⁹排布时，有颜色．据此判断，[R（H₂O）₆]²⁺有（填“无”或“有”）颜色．
（5）已知Z、R能形成两种化合物，其晶胞如图甲和乙所示，则甲的化学式为CuO，乙的化学式为；Cu₂O；高温时甲易转化为乙，原因是Cu₂O中Cu原子d轨道为全满状态，比较稳定．

（6）在高温高压下，由X和Z两种元素所形成的晶体其晶胞如图丙所示，则该晶体的化学式为CO₂（用元素符号表示）．若该晶体中距离最近的两个X原子核之间的距离为a pm，则该晶体的密度为$\frac{44×8}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³（写出含a的表达式，不必化简，用N_A表示阿伏加德罗常数的值）．

Answer 1

分析 元素X、Y、Z、W、R为前四周期元素，且原子序数依次增大．X原子核外s轨道电子数是p轨道电子数的2倍，原子核外电子排布式为1s²2s²2p²，则X为C元素；Z原子L电子层上有2对成对电子，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁴，则Z为O元素；Y的原子序数介于碳、氧之间，故Y为N元素；W原子核外电子占有9个轨道，而且有1个未成对电子，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²2p⁵，故W为Cl；R为过渡金属，R⁺核外有3个电子层且各层均处于全满状态，外围电子排布式为3d¹⁰4s¹，则W为Cu．
（1）W基态原子的价电子排布式为3s²2p⁵，根据泡利原理、洪特规则画出电子排布图；根据核外电子排布规律书写R原子外围电子排布式；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；
（3）原子数目相等、价电子总数也相邻的微粒互为等电子体；结合中心原子杂化轨道数目确定杂化方式；
（4）根据核外电子排布规律，书写Cu²⁺的核外电子排布式，据此结合题目信息“d轨道为d⁰或d¹⁰排布时，无颜色，为d¹～d⁹排布时，有颜色”判断；
（5）根据均摊法计算晶胞中Cu、O原子数目确定化学式；根据洪特规则特例分析解答；
（6）利用均摊法计算晶胞中C、O原子数目确定化学式；
晶胞中体对角线上4个原子之间距离最近，则体对角线长度为4a pm，故晶胞棱长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，结合晶胞中原子数目表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：元素X、Y、Z、W、R为前四周期元素，且原子序数依次增大．X原子核外s轨道电子数是p轨道电子数的2倍，原子核外电子排布式为1s²2s²2p²，则X为C元素；Z原子L电子层上有2对成对电子，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁴，则Z为O元素；Y的原子序数介于碳、氧之间，故Y为N元素；W原子核外电子占有9个轨道，而且有1个未成对电子，原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²2p⁵，故W为Cl；R为过渡金属，R⁺核外有3个电子层且各层均处于全满状态，外围电子排布式为3d¹⁰4s¹，则W为Cu．
（1）W基态原子的价电子排布式为3s²2p⁵，则电子排布图为，R为过渡金属，R⁺核外有3个电子层且各层均处于全满状态，外围电子排布式为3d¹⁰4s¹，
故答案为：；3d¹⁰4s¹；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能由小到大的顺序为：C＜O＜N，
故答案为：C＜O＜N；
（3）由上述元素形成的与BF₃互为等电子体的阴离子的化学式为 NO₃^-、CO₃^2-，中心原子均没有孤对电子，其中心原子的杂化轨道数目为3，杂化方式为 sp²杂化，
故答案为：NO₃^-、CO₃^2-； sp²；
（4）Cu²⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，d能级未排满电子，故[Cu（H₂O）₆]²⁺ 有颜色，故答案为：有；
（5）已知O、Cu能形成晶胞如图所示的两种化合物，甲中黑色球数目=4，白色球数目=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，Cu、O原子数目之比为1：1，则甲的化学式为CuO，乙中黑色球数目=4，白色球数目=1+8×$\frac{1}{8}$=2，黑色球与白色球个数之比为2：1，氧元素为-2价，则乙的化学式为Cu₂O，Cu₂O中Cu原子d轨道为全满状态，比较稳定，故高温时甲易转化为乙，
故答案为：CuO；Cu₂O；Cu₂O中Cu原子d轨道为全满状态，比较稳定．
（6）晶胞中C原子数目为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氧原子数目为8，故晶体的化学式为：CO₂，
晶胞中体对角线上4个原子之间距离最近，则体对角线长度为4a pm，故晶胞棱长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，晶胞质量为4×$\frac{88}{{N}_{A}}$g，故晶体密度为4×$\frac{88}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$×10^-10 cm）³=$\frac{44×8}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：CO₂；$\frac{44×8}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、等电子体、杂化方式、晶胞计算等，（6）中计算为易错点、难点，故关键是距离确定最近的X原子计算晶胞棱长，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力．